水電工程安全應(yīng)急云平臺構(gòu)建研究

李玉芹，黎 靜，王新棟，李 茂

(1.西安科技大學(xué),西安 710054；2中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

近年來，中國的水電工程建設(shè)項目取得空前發(fā)展，大批水電工程項目的成功實(shí)施對保障國家能源安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、繁榮區(qū)域經(jīng)濟(jì)做出了重要貢獻(xiàn)。由于水電工程所處的環(huán)境和自身特點(diǎn)，施工過程中突發(fā)事件發(fā)生隨機(jī)性大、頻繁發(fā)生，具有不確定性，對工程建設(shè)計劃的正常實(shí)施產(chǎn)生較大沖擊，影響水電工程建設(shè)項目的順利實(shí)施和可持續(xù)發(fā)展，對工程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生不利影響，整體安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻[1]。因此，水電工程項目建設(shè)相關(guān)部門應(yīng)該建立相對完善的安全應(yīng)急管理系統(tǒng)以提高應(yīng)急管理能力。

1 應(yīng)急云平臺建設(shè)的研究現(xiàn)狀

目前，國務(wù)院及地方政府部門研究建立了國家應(yīng)急平臺體系；國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門研究建立了安全生產(chǎn)應(yīng)急平臺；國土資源管理部門研究建立了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急平臺；交通運(yùn)輸管理部門研究建立了安全應(yīng)急管理服務(wù)平臺[2]。高大磊、妥洪玻、桂翔、馬莉等[3-8]針對公路、機(jī)場及煤礦等其他行業(yè)、單位也都不同程度開展了應(yīng)急平臺方面的技術(shù)研究，但水電工程建設(shè)全過程的“安全應(yīng)急云”管理平臺體系的研究尚無研究經(jīng)驗。

目前，市場上面向工程建設(shè)安全應(yīng)急行業(yè)的系統(tǒng)及解決方案，大多存在技術(shù)、業(yè)務(wù)知識和配套設(shè)備3個層面的不足：① 在技術(shù)層面上，已有解決方案大多基于商業(yè)軟件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品開發(fā)，缺乏大數(shù)據(jù)處理分析能力和水平擴(kuò)展能力，不能滿足工程建設(shè)安全應(yīng)急行業(yè)海量數(shù)據(jù)的管理、分析需求，特別是數(shù)據(jù)量持續(xù)不斷增長的需求；② 在業(yè)務(wù)層面上，目前還沒有建立一套行之有效的統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)模型、部門職責(zé)、工作流程等，導(dǎo)致在工程安全應(yīng)急過程中各部分各自為戰(zhàn)、管理混亂；③ 在配套設(shè)備層面上，基本沒有針對工程建設(shè)安全應(yīng)急的系統(tǒng)硬件設(shè)備，很多終端設(shè)備都是從其他行業(yè)延伸過來的，無法形成有效的監(jiān)測和應(yīng)急效力。

2 水電工程安全應(yīng)急管理

水電工程突發(fā)事件應(yīng)急管理的根本目的是減少突發(fā)事件的發(fā)生以及降低突發(fā)事件造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失、社會影響和生態(tài)環(huán)境破壞。水電工程突發(fā)事件安全應(yīng)急管理主要包括：① 事故預(yù)防；② 應(yīng)急準(zhǔn)備；③ 應(yīng)急響應(yīng)；④ 后期處置。4個階段的動態(tài)過程，各階段相輔相成，共同作用[9]。

2.1 事故預(yù)防

(1) 技術(shù)裝備水平。要提高突發(fā)事件的預(yù)防與應(yīng)急能力，必須時刻監(jiān)測施工過程及工作環(huán)境的變化。同時，對水電工程施工過程中的重大危險源、隱患等進(jìn)行辨識與評估，采取必要措施預(yù)先處理，降低突發(fā)事件發(fā)生的可能性。

(2) 組織協(xié)調(diào)能力。主要指在突發(fā)事件發(fā)生時，對應(yīng)急人員、物資、裝備等應(yīng)急資源的調(diào)配、協(xié)調(diào)能力，迅速展開應(yīng)急救援，即突發(fā)事件及沖突處理能力。

(3) 監(jiān)測監(jiān)控能力。做好突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測的布點(diǎn)與采樣，配備相應(yīng)的應(yīng)急監(jiān)測儀器，提高現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控能力，根據(jù)可能導(dǎo)致事故發(fā)生的前兆，向相關(guān)部門發(fā)出緊急信號，提前預(yù)防或消除突發(fā)事件發(fā)生。

2.2 應(yīng)急準(zhǔn)備

(1) 通信與信息保障

應(yīng)急響應(yīng)過程中，相關(guān)人員必須堅守工作崗位，確保通信設(shè)備處于正常使用狀態(tài)，并按規(guī)定程序及時、準(zhǔn)確向有關(guān)負(fù)責(zé)人報送信息。另外，應(yīng)急指揮中心應(yīng)與政府監(jiān)管部門或其他相關(guān)職能部門保持及時溝通，以便獲得對救援工作的指導(dǎo)和幫助。

(2) 應(yīng)急隊伍保障

根據(jù)項目建設(shè)單位的應(yīng)急管理工作規(guī)定，定期開展群眾性的應(yīng)急培訓(xùn)和演練活動，并按照應(yīng)急預(yù)案的有關(guān)規(guī)定成立應(yīng)急工作小組，以及建立專家?guī)炫c督促所屬企業(yè)和專業(yè)救援隊伍簽訂救援協(xié)議，明確其相應(yīng)職責(zé)，必要時刻組織專業(yè)培訓(xùn)，提高其應(yīng)急救援狀態(tài)下的工作能力。

(3) 醫(yī)療救護(hù)保障

項目建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)應(yīng)急工作的實(shí)際需要，有計劃地組織施工人員開展自救、互救(心肺復(fù)蘇、人工呼吸等)基本技能的培訓(xùn)以及逃生等演練活動，必要時可以通過協(xié)議確定當(dāng)?shù)貞?yīng)急醫(yī)療救護(hù)資源，支援現(xiàn)場應(yīng)急救治工作。

(4) 應(yīng)急物資和設(shè)備保障

項目建設(shè)單位應(yīng)依據(jù)突發(fā)事件處置的實(shí)際需求，配備必要的應(yīng)急救援裝備或工具。另外，應(yīng)結(jié)合各類安全檢查活動督促所屬企業(yè)充實(shí)救援物資、定期檢修救援設(shè)備，并與社會救援力量保持有效的聯(lián)系，必要時可通過協(xié)議確定社會應(yīng)急救援資源，作為應(yīng)急救援的必要補(bǔ)充。

2.3 應(yīng)急響應(yīng)

首先，事故現(xiàn)場相關(guān)人員對突發(fā)事件的嚴(yán)重程度、可控性、影響范圍、事故性質(zhì)以及可持續(xù)性等進(jìn)行研判；對現(xiàn)場救援情況、應(yīng)急資源調(diào)度情況、人員撤退情況進(jìn)行了解，請求上級啟動相應(yīng)級別的應(yīng)急響應(yīng)，保證“以人為本”的原則，盡最大地努力搶救傷員，盡可能將人員傷害與財產(chǎn)損失降到最小，防止事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。其次，如果現(xiàn)場相關(guān)人員及項目各參建單位的應(yīng)急能力無法有效應(yīng)對突發(fā)事件，就要啟動擴(kuò)大響應(yīng)，請求當(dāng)?shù)匕踩O(jiān)管部門及相關(guān)單位協(xié)同作戰(zhàn)，共同應(yīng)對突發(fā)事件。另外，啟動相應(yīng)級別響應(yīng)時，應(yīng)急人員立即到位，信息網(wǎng)絡(luò)立即開通，充分調(diào)配應(yīng)急資源，全力配合現(xiàn)場應(yīng)急救援行動。行動過程中，若發(fā)現(xiàn)事態(tài)有擴(kuò)大的趨勢，應(yīng)該果斷采取擴(kuò)大應(yīng)急的措施；若事態(tài)仍然難以控制，則申請增援；若事態(tài)得以控制，則解除警戒，進(jìn)行事故調(diào)查以及善后處理等應(yīng)急恢復(fù)工作。

2.4 后期處置

(1) 事故調(diào)查

應(yīng)急響應(yīng)工作結(jié)束后，項目建設(shè)單位應(yīng)積極配合政府相關(guān)部門進(jìn)行事故調(diào)查工作，調(diào)查事故原因、評估事故損失、恢復(fù)施工秩序等。若政府授權(quán)單位自行調(diào)查，依據(jù)項目建設(shè)工程的生產(chǎn)安全事故調(diào)查處理和監(jiān)督管理規(guī)定開展調(diào)查工作。

(2) 現(xiàn)場處置

事故調(diào)查取證工作結(jié)束后，項目建設(shè)單位應(yīng)積極開展現(xiàn)場清理和恢復(fù)生產(chǎn)工作。首先,要恢復(fù)施工現(xiàn)場相對穩(wěn)定的狀態(tài)，迅速開展善后處置工作。另外，在這期間要避免二次災(zāi)害或衍生災(zāi)害的發(fā)生。

(3) 應(yīng)急總結(jié)

應(yīng)急處置工作結(jié)束后，項目建設(shè)單位應(yīng)對應(yīng)急救援的整個過程進(jìn)行全面總結(jié)。根據(jù)事故的應(yīng)急總結(jié)，對事故的應(yīng)急救援工作進(jìn)行全面評估；對相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評審、修訂；對不足的應(yīng)急資源進(jìn)行補(bǔ)充、完善，要細(xì)致深入地剖析應(yīng)對過程中顯現(xiàn)出來的應(yīng)急能力不足之處，為后續(xù)應(yīng)急能力的建設(shè)及應(yīng)急工作的展開提供前車之鑒。

3 安全應(yīng)急云平臺建設(shè)

3.1 平臺概況

水電工程項目建設(shè)過程安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺旨在打通水電工程建設(shè)過程中安全應(yīng)急管理的各個環(huán)節(jié)。通過云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等技術(shù)，以GIS作為展現(xiàn)平臺，專業(yè)運(yùn)維作為支撐，集成視頻監(jiān)控、運(yùn)輸車輛定位、人員定位、風(fēng)險評估、水雨情、地質(zhì)、山洪監(jiān)測和預(yù)警等為一體的安全應(yīng)急綜合管理平臺[10]。該系統(tǒng)采用前端APP應(yīng)用和后臺Web應(yīng)用方式，開發(fā)電腦客戶端、手機(jī)客戶端軟件。以“整合、補(bǔ)充、共享、服務(wù)”為指導(dǎo)思想，通過建立風(fēng)險及防范專項庫、安全應(yīng)急法律法規(guī)專項庫、應(yīng)急預(yù)案專項庫、安全專家專項庫、事故案例專項庫、隱患上報處置專項庫、應(yīng)急資源專項庫、人員和設(shè)備專項庫等，最終建立“安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺”智庫。主要思想是工程施工階段為安全施工、應(yīng)急處置，指揮調(diào)度提供高效、便捷的技術(shù)服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)，從而提高工作效率，為工程施工保駕護(hù)航。

3.2 平臺系統(tǒng)架構(gòu)

通過分析水電工程安全應(yīng)急管理的過程，從系統(tǒng)開發(fā)和構(gòu)建的邏輯結(jié)構(gòu)上看，安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺自底向上可分為5個方面：① 基礎(chǔ)設(shè)施層；② 數(shù)據(jù)采集層；③ 數(shù)據(jù)中心；④ 服務(wù)支撐層；⑤ 業(yè)務(wù)應(yīng)用層；⑥ 展示層。

3.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺的基礎(chǔ)設(shè)施層是支撐整個平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，主要包括：① 由互聯(lián)網(wǎng)/有線專網(wǎng)/4G網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)(WiFi)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成的物理鏈路系統(tǒng)；② 由服務(wù)器、存儲設(shè)備、交換機(jī)、機(jī)柜、UPS服務(wù)器、監(jiān)測儀器、傳感器、顯示設(shè)備等構(gòu)成的硬件支持體系；③ 由三維地理信息平臺軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、操作系統(tǒng)軟件、安全軟件、防毒殺毒軟件等構(gòu)成的軟件支持體系。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層通過各種手段獲取安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺運(yùn)行需要的各類專業(yè)屬性數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、安全應(yīng)急綜合管理數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集手段包括與其他系統(tǒng)交換共享、數(shù)據(jù)采集軟件錄入、監(jiān)測設(shè)備儀器、人工調(diào)查(主要是移動端數(shù)據(jù)錄入(包括智能手機(jī)、PDA等)和實(shí)地勘測獲取數(shù)據(jù))等。

3.2.3 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺的重要組成部分，由數(shù)據(jù)管理維護(hù)工具、數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成，為平臺服務(wù)支撐層和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)資源及數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一組織和管理。其數(shù)據(jù)主要包括：空間數(shù)據(jù)、安全管理數(shù)據(jù)、應(yīng)急管理數(shù)據(jù)、成果展示數(shù)據(jù)等。針對安全應(yīng)急綜合管理平臺建設(shè)的需求，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、管理、應(yīng)用和服務(wù)平臺。

3.2.4 服務(wù)支撐層

服務(wù)支撐層以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，提供安全管理、應(yīng)急管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境基礎(chǔ)和單點(diǎn)登錄(SSO)、權(quán)限管理、信息發(fā)布等功能組件。同時也是各種業(yè)務(wù)集成的基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)中心的PaaS層(平臺即服務(wù))支撐下，購置并建設(shè)GIS平臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺、視頻通道平臺，依托服務(wù)支撐層的功能組件(包括單點(diǎn)登錄(SSO)、權(quán)限管理、功能管理、信息發(fā)布等)，構(gòu)建安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺的服務(wù)支撐層。安全應(yīng)急綜合管理平臺的服務(wù)支撐層面向安全管理、應(yīng)急管理、視頻管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的工作需要，提供信息瀏覽、查詢、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)管理維護(hù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用功能模塊，同時實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的擴(kuò)展性、可二次開發(fā)等。

3.2.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用層是平臺功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵層，主要包括：① 綜合管理模塊；② 安全管理模塊；③ 應(yīng)急管理模塊；④ 視頻管理模塊。

(1) 綜合管理模塊

1) 三維基礎(chǔ)地理信息模塊

基于數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的三維基礎(chǔ)地理信息模塊是業(yè)務(wù)應(yīng)用層和展示層的核心模塊，是工程安全應(yīng)急綜合管理數(shù)據(jù)表達(dá)、可視化、查詢統(tǒng)計、分析計算的主要載體；三維GIS模塊可以展示數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息產(chǎn)品，集成各個業(yè)務(wù)應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)了面向地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)的GIS和三維GIS空間分析功能。

2) 應(yīng)急指揮模塊

依據(jù)安全應(yīng)急綜合管理業(yè)務(wù)要求，建立應(yīng)急指揮體系結(jié)構(gòu)，包括行政等級、責(zé)任人聯(lián)系方式及相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案方案。通過建立的應(yīng)急指揮體系目錄樹，選擇其中任一節(jié)點(diǎn)，指揮體系的相關(guān)責(zé)任人及其他信息根據(jù)行政等級分級分類排序、統(tǒng)計。查詢結(jié)果可在三維地理信息平臺中進(jìn)行定位，發(fā)送短信(單發(fā)短信或群發(fā)短信)，查看應(yīng)急預(yù)案等。

3) 決策指揮模塊

實(shí)現(xiàn)應(yīng)急資源查詢、分析、調(diào)度、決策指揮。針對突發(fā)事件，通過收集分析預(yù)測結(jié)果，結(jié)合突發(fā)事件的進(jìn)展情況，對事件的嚴(yán)重程度、可控性、影響范圍、事故性質(zhì)以及可持續(xù)性等進(jìn)行研判，對現(xiàn)場救援情況、應(yīng)急資源調(diào)度情況、人員撤退等情況進(jìn)行了解。針對當(dāng)前災(zāi)情，采集相應(yīng)的資源數(shù)據(jù)、地理信息、歷史處置方案，調(diào)用專家知識庫，對災(zāi)害信息綜合集成、分析、處理、評估，研究制定相應(yīng)技術(shù)方案和措施，對救援過程中遇到的技術(shù)難題提出解決方案并進(jìn)行指揮，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

(2) 安全管理模塊

安全管理模塊主要針對施工期間的制度、人員、設(shè)施設(shè)備、文檔等內(nèi)容進(jìn)行核查、管理、維護(hù)，從而保障整個工程安全有效地進(jìn)行，保證工程的質(zhì)量和時效。具體的業(yè)務(wù)工作，如圖1所示。該功能模塊本質(zhì)上是對安全管理中涉及到的文檔、人員、設(shè)施設(shè)備、安全信息、工程項目信息、移動端信息進(jìn)行管理維護(hù)。隨著業(yè)務(wù)工作的梳理和深入，可根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整功能模塊。

(3) 應(yīng)急管理模塊

應(yīng)急管理模塊主要針對施工前后以及施工期間的應(yīng)急信息進(jìn)行管理維護(hù)，從而當(dāng)事件發(fā)生時可以提供及時、有效的應(yīng)急信息，具體功能如圖2所示。

圖1 安全管理模塊圖

圖2 應(yīng)急管理模塊圖

(4) 視頻管理模塊

通過智慧綜合視頻云平臺可以將安全管理、應(yīng)急指揮方面的視頻會議、視頻監(jiān)控以及日常的安全生產(chǎn)管理、培訓(xùn)等多個部門、多業(yè)務(wù)需求的視頻結(jié)合到一個平臺上，為多部門、多角色提供不同的服務(wù)需求。對視頻的監(jiān)測點(diǎn)、視頻設(shè)備、視頻數(shù)據(jù)的集成、管理、瀏覽、查詢，為工程建設(shè)安全應(yīng)急綜合管理提供數(shù)據(jù)和功能支持。視頻管理模塊主要是對視頻監(jiān)測點(diǎn)的信息、采集到的視頻數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)測設(shè)備本身信息進(jìn)行瀏覽、查詢、管理。

3.2.6 展示層

展示層基于基礎(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)，展示數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息產(chǎn)品。展示層的核心是基于Virtual Globe的多分辨率三維虛擬環(huán)境，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用3D GIS技術(shù)疊加不同的業(yè)務(wù)專題信息和業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)信息的集成。安全應(yīng)急管理信息展示是面向工程安全應(yīng)急管理業(yè)務(wù)的一個信息展示平臺、工作平臺和管理平臺。該平臺的用戶主要包括：領(lǐng)導(dǎo)(決策人員)、項目管理人員、施工操作人員、其他相關(guān)人員。針對不同的用戶業(yè)務(wù)工作需要，該平臺展示提供不同的信息。

4 結(jié) 語

水電工程項目建設(shè)施工環(huán)境差，涉及范圍廣，各類突發(fā)事件頻繁發(fā)生，根據(jù)安全應(yīng)急管理的4個動態(tài)過程，確定水電工程項目建設(shè)過程中的應(yīng)急服務(wù)內(nèi)容[11-13]。結(jié)合大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、云計算等技術(shù)，借助“云”的概念，從基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)中心、服務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和展示層6個方面對平臺的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析，構(gòu)建安全和應(yīng)急管理綜合服務(wù)平臺。該平臺打通了應(yīng)急資源分布在不同區(qū)域、不同部門之間的“墻”，通過對一切可用應(yīng)急資源的統(tǒng)一管理和調(diào)配來實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動、相互協(xié)同，從時間和空間上實(shí)現(xiàn)資源共享、迅速調(diào)配，提高應(yīng)急效率，對水電工程突發(fā)事件應(yīng)急管理建設(shè)具有實(shí)際指導(dǎo)意義。